PL203653B1 - Zespolona elektroda w eglowa wyposa zona w elementy z laczne z powierzchniami kontaktowymi o ukierunkowanej strukturze - Google Patents

Description

Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest zespolona elektroda w eglowa wyposa zona w elementy z laczne z powierzchniami kontaktowymi o ukierunkowanej strukturze, a zw laszcza elementy elektrody zespo- lonej, która sk lada si e z elektrod w eglowych, stosowanych w piecach lukowych do wytwarzania wyso- kotopliwych metali. Wytwarzanie karbonizowanych albo grafitowanych korpusów w eglowych jest od ponad stu lat panuj ac a technik a, która jest stosowana na skal e przemys low a i dlatego w wielu punktach jest dopra- cowana i optymalna pod wzgl edem kosztów. Opis tej techniki znajduje si e w ULLMAN'S ENCYCLO- PEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY, Vol. A5, VCH Werlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1986 str. 103 do 113. Mo zliwo sc zastosowania w eglowych elektrod, laczników i elektrod zespolonych w piecach lu- kowych zale zy od w lasno sci uzyskanych przy ich wytwarzaniu, a szczególnie w lasno sci dotycz acych powierzchni. Te w lasno sci powierzchni zale za na przyk lad od rodzaju materia lu (stopie n grafityzacji), od porowato sci, od wielko sci ziaren, od rodzaju obróbki decyduj acej o chropowato sci powierzchni. Wy zej wymienione czynniki okre slaj a wielko sc wspó lczynników tarcia, które odgrywaj a rol e przy la- czeniu dwóch korpusów - elektrody i lacznika albo dwóch elektrod - oraz przy slizganiu si e po sobie dwóch powierzchni. Piec lukowy zawiera przynajmniej jedn a elektrod e zespolon a podtrzyman a na górnym ko ncu przez wspornik, przez który doprowadzany jest równie z do elektrody zespolonej pr ad elektryczny. Wysoka temperatura w piecu wywo lana przez luk elektryczny powoduje spalanie dolnego ko nca elektrody zespolonej. Skracanie si e elektrody zespolonej jest wyrównywane w ten sposób, ze elektroda zespolona jest po kawa lku wsuwana do pieca a w razie potrzeby s a dokr ecane od góry do- datkowe elementy. W razie potrzeby równie z elektroda zespolona jako ca losc jest wyjmowana z pieca i zast epowana przez swie za elektrod e zespolon a o wystarczaj acej d lugo sci. Dokr ecanie pojedynczych elektrod w eglowych do elektrody zespolonej znajduj acej si e w piecu albo skr ecanie ze sob a elektrod dla utworzenia nowej elektrody zespolonej jest wykonywane r ecznie albo za pomoc a urz adzenia me- chanicznego. Szczególnie w przypadku elektrod o du zej srednicy, to znaczy 600 mm albo wi ecej, potrzebne s a znaczne si ly i momenty obrotowe dla zapewnienia spójno sci mi edzy elektrodami sk la- dowymi tworz acymi elektrod e zespolon a. Spójno sc elektrod w elektrodzie zespolonej jest nies lychanie wa zna dla funkcjonowania pieca lukowego. Spójno sc ta jest zagro zona zarówno w transporcie jak równie z podczas pracy pieca. Podczas pracy pieca niejednokrotnie dzia laj a na elektrod e zespolon a znaczne momenty zginaj ace spowodowane przechylaniem zbiornika pieca razem ze znajduj ac a si e w nim elektrod a. Ponadto elektroda zespolona jest nara zona na ci ag le wibracje oraz uderzenia powo- dowane przez materia l wsadu. Wszystkie te obci azenia, to znaczy powtarzalne momenty gn ace, wi- bracje i uderzenia, mog a powodowa c luzowanie si e elektrod w zespole. To luzowanie jest czynnikiem nieuniknionych i/albo niepo zadanych procesów. Do scharakteryzowania spójno sci elektrod tworz acych elektrod e zespolon a s lu zy wielko sc po- miarowa okre slona jako „moment roz laczaj acy", który moze by c zmierzony za pomoc a aparatury po- miarowej. Poni zej zakresu mechanicznego uszkodzenia gwintu rozlu znienie po laczenia srubowego jest tym bardziej nieprawdopodobne a praca elektrody zespolonej tym pewniejsza im wy zsza jest war- tosc momentu roz laczaj acego polaczenie dwóch elementów elektrody zespolonej. Dla zrozumienia problemu zostana naszkicowane nast epstwa rozlu znienia po lacze n srubowych w elektrodzie zespolo- nej podczas pracy pieca. Malej ace napr ezenie w po laczeniu srubowym powoduje zmniejszenie si l dociskaj acych do siebie powierzchnie kontaktowe s asiaduj acych ze sob a elementów elektrody zespolonej. Luzowanie mo ze post epowa c tak daleko, ze niektóre powierzchnie kontaktowe od- dziel a si e od siebie. To spowoduje wzrost oporu elektrycznego po laczenia. Powierzchnie pozosta- j ace ze sob a w kontakcie zostaj a obci azone podwy zszon a g esto sci a pr adu, co prowadzi do miej- scowego przegrzania. Przy poluzowaniu po laczenia srubowego lacznik jest nara zony na silne termiczne i mechaniczne obci azenie. Wskutek tego ro snie jego mechaniczna zawodno sc. W wy- niku tego koniec elektrody zespolonej obni za si e i wpada do roztopionej stali, luk elektryczny zo- staje przerwany i proces wytopu ko nczy si e. W celu przeciwdzia lania problemowi niewystarczaj acej spójno sci oraz niewystarczaj acego przep lywu pr adu z jednej cz esci elektrody zespolonej do cz esci nast epnej stosuje si e w praktyce ró z- ne rozwi azania, które s a nakre slone poni zej. W artykule J. K. LANCASTER „Transitions in the Friction and Wear of Carbons and Graphites Sliding Themselves" z ASLE TRANSACTIONS, Vol. 18, 3, str. 187 do 201 s a badane warunki tarciaPL 203 653 B1 3 mi edzy korpusami w eglowymi przy ró znych pr edko sciach tarcia. Z tej publikacji nie mo zna wyci agn ac wniosków, w jaki sposób mo zliwie jak najmocniej mo zna skr eci c ze sob a dwa korpusy w eglowe. Z ogólnego przegl adu wida c, ze przy bardzo niskich pr edko sciach wzgl ednych obu korpusów w eglo- wych obserwuje si e niskie warto sci wspó lczynnika tarcia, patrz fig. 1, 2 i 6. Taki wygl ad wskazuje ra- czej na lekki wzajemny po slizg spoczywaj acych korpusów w eglowych. W innych dziedzinach równie z próbuje si e rozwi aza c problem luzowania si e elementów mocu- jacych. W niemieckim opisie DE 41 37 020 s a opisane samo zabezpieczaj ace si e elementy mocuj ace jak na przyk lad sruby i nakr etki z nieopisanych materia lów. Element na powierzchni czo lowej wspó l- pracuj acej z inn a cz esci a konstrukcyjn a posiada pewn a ilosc wyst epów w rodzaju „pryszczy". Te wy- st epy s a ukszta ltowane w formie piramid albo sto zków o wysoko sci mniejszej ni z 1 mm, przy czym k at ostrza piramid albo sto zków wynosi powy zej 90°. Przy skr ecaniu ze sob a cz esci konstrukcyjnych, piramidy albo sto zki powinny wciska c si e w ich powierzchnie kontaktowe, by w ten sposób uniemo zli- wi c odkr ecanie si e elementów mocuj acych. W tym opisie (kolumna 2, wiersz 9) zwrócono uwag e na zjawisko osiadania i zwi azane z tym zmniejszenie napi ecia wst epnego. Piramidy albo sto zki s a roz lo- zone równomiernie na powierzchni czo lowej elementu mocuj acego. Element mocujacy nie ma po- wierzchni kontaktowej o ukierunkowanej strukturze, nie ma wi ec uprzywilejowanego kierunku dzia la- nia. Odno snie do skr ecania elektrody zespolonej z elementarnych elektrod w eglowych nale zy stwier- dzi c, ze makroskopowe „pryszcze" na powierzchniach kontaktowych elektrod albo laczników z powodu ceramicznego a wi ec kruchego charakteru wegla wykruszaj a si e przy skr ecaniu. Mog a odpada c z po- wierzchni czo lowych nawet znaczne kawa lki. Asymetryczne „pryszcze" na powierzchniach kontaktowych specjalnych elementów mocuj acych s a opisane w mi edzynarodowym zg loszeniu WO 92/14939. Za pomoc a uprzywilejowanego kierunku ograniczona ilosc makroskopowych, roz lo zonych na obwodzie „pryszczy" uniemo zliwia niezamierzone odkr ecanie si e opisanego dwu - albo trzycz esciowego polaczenia srubowego. Wa zn a cech a takich po lacze n srubowych jest wspó lczynnik tarcia, który mi edzy p laskimi wzniosami dwóch stoj acych na- przeciw siebie „pryszczy". Przyczynia si e do tego warstwa po slizgowa, która jest naniesiona na p laskie wzniosy. Wykonanie elementów mocuj acych odpornych na niezamierzone odkr ecanie si e polacze n sru- bowych wymaga wi ec niema lych nak ladów. Nale zy przy tym zauwa zy c, ze makroskopowe „pryszcze" na powierzchniach kontaktowych elektrod albo laczników z powodu ceramicznego a wi ec kruchego charakteru w egla przy skr ecaniu odkruszaj a si e. Odpada c mog a nawet znaczne kawa lki z powierzchni czo lowych elementów elektrody ta smowej. W niemieckim opisie DE 34 42 316 A1 jest opisany dwusto zkowy lacznik gwintowany na cz esci srodkowej. Za pomoc a takiego lacznika s a skr ecane elektrody grafitowe. Mi edzy srodkow a cz escia lacznika a otworami w elektrodach jest przewidziana szczelina dylatacyjna, która jest wype lniona sci- sliw a mas a. Ta zasada powinna przede wszystkim zmniejszy c spi etrzenie napr eze n (stycznych) w otworach elektrod i zapobiec p ekaniu elektrod. Zastosowana tu zasada ró zni si e ca lkowicie od zasady zmniej- szania luzowania si e skr econych elektrod w eglowych opisanej w wynalazku. W ameryka nskim opisie patentowym US 2,527,294 s a opisane elektrody w eglowe i/albo laczniki gwintowane, których odpornosc na szok termiczny oraz wytrzyma losc udarowa s a poprawione przez wprowadzenie w tych elementach wzd luznych szczelin. Ta zasada powinna w podobny sposób jak wed lug opisu DE 34 42 316 A1 zmniejszy c spi etrzenia napr eze n (stycznych) w otworach elektrod i zapobiec p ekaniu elektrod. Ta zasada równie z ca lkowicie ró zni si e od zasady zmniejszania luzowa- nia si e skr econych elektrod w eglowych wed lug wynalazku. W praktyce hut stali próbuje si e mo zliwie jak najmocniej skr eci c ze sob a elektrody. Jak wspo- mniano wy zej, daj ace si e wprowadzi c r ecznie si ly i momenty obrotowe s a ograniczone. Za pomoc a urz adze n mechanicznych te wielko sci mog a by c znacznie podwy zszone, mo ze to by c jednak zreali- zowane w dzia lach stalowni posiadaj acych takie mechaniczne urz adzenia. Praktyka hut stali wskazu- je, ze zawsze w elektrodach zespolonych wyst epuje luzowanie si e ich cz esci sk ladowych. Przedmiotem wynalazku jest zespolona elektroda w eglowa, wyposa zona w elementy z laczone z powierzchniami kontaktowymi o ukierunkowanej strukturze a zw laszcza elementy elektrody zespolo- nej, jak elektroda w eglowa z otworami na stronach czo lowych i gwintami wewn etrznymi i/albo lacznik w eglowy lacz acy po dwie takie elektrody albo elektroda w eglowa z otworem i gwintem wewn etrznym na jednej stronie czo lowej i lacznik integralny na drugiej stronie czo lowej, przewidziane do utworzenia elektrody zespolonej dla zastosowania jej w piecu lukowym do wytwarzania wysokotopliwych metali.PL 203 653 B1 4 Elementy elektrody posiadaj a idealnie wykonane powierzchnie kontaktowe z wystaj acymi z nich lu- skowatymi wzniesieniami o ukierunkowanej strukturze. Istota wynalazku polega na tym, ze luskowate wzniesienia o ukierunkowanej strukturze wystaj a z idealnie wykonanej powierzchni kontaktowej na wysoko sc od 1 do 100 mikrometrów, i ze s asiaduj a- ce ze sob a powierzchnie kontaktowe po laczenia srubowego maj a docisk w zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 . Korzystnie, zespolona elektroda posiada idealnie wykonane, p laskie albo zakrzywione po- wierzchnie kontaktowe. Luskowate wzniesienia na powierzchniach kontaktowych o ukierunkowanej strukturze s a wyko- nane z tego samego materia lu co elementy elektrody zespolonej i posiadaj a w zasadzie asymetryczny kszta lt charakteryzuj acy si e ró zn a stromizn a pochylenia boków, przy czym boki luskowatych wzniesie n w kierunku mocowania po laczenia srubowego posiadaj a w zasadzie wznios o ma lym pochyleniu a w przeciwnym kierunku roz laczania maj a w zasadzie wznios stromy. Wed lug wynalazku, najwy zsze wysoko sci luskowatych wzniesie n s a ukszta ltowane jako ostrze albo jako grzebie n zorientowany w zasadzie promieniowo wzgl edem wzd lu znej osi cylindrycznego przewa znie elementu elektrody zespolonej, przy czym boki o ma lym wzniosie wszystkich luskowatych wzniesie n na powierzchni kontaktowej elektrody zespolonej s a usytuowane w kierunku mocowania. Luskowate wzniesienia s a rozmieszczone na powierzchni kontaktowej równomiernie i pokrywa- ja idealnie wykonan a powierzchnie kontaktow a czesciowo albo w formie wzoru (deseniu). Powierzchnie kontaktowe zawieraj a przynajmniej 100 metrów d lugo sci grzebienia luskowatych wzniesie n na ka zdym metrze kwadratowym powierzchni kontaktowej, przewa znie 300 metrów d lugo- sci grzebienia luskowatych wzniesie n na ka zdym metrze kwadratowym powierzchni kontaktowej. W przypadku s asiaduj acych elementów takiego samego rodzaju styczne kierunki - albo kieru- nek mocowania albo kierunek roz laczania polaczenia srubowego - powierzchni kontaktowych o ukie- runkowanej strukturze dwóch s asiaduj acych ze sob a elementów elektrody zespolonej maj a zwrot przeciwny. Zespolona elektroda posiada dwa s asiaduj ace ze sob a elementy elektrody zespolonej, wyposa- zone w skierowane przeciwnie, jednakowe, styczne kierunki powierzchni kontaktowych o strukturze ukierunkowanej, i skr econe srubami z dociskiem w zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 , których moment rozlaczaj acy jest o przynajmniej 20% wi ekszy ni z moment roz laczaj acy s asiaduj ace ze sob a elementy elektrody zespolonej, zaopatrzonej w powierzchnie kontaktowe, skrecone z dociskiem zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 , ale nie posiadaj ace ukierunkowanej struktury na powierzchniach kontaktowych. Wed lug wynalazku, elektroda wyposa zona jest w dwa s asiaduj ace ze sob a elementy elektrody zespolonej, wyposa zone w skierowane przeciwnie, jednakowe, styczne kierunki powierzchni kontak- towych o strukturze ukierunkowanej, i skr econe srubami z dociskiem w zakresie od korzystnie 0,1 do 2 N/mm 2 , których moment roz laczaj acy jest o przynajmniej 20% wi ekszy ni z moment rozlaczaj acy s asiaduj ace ze sob a elementy elektrody zespolonej, zaopatrzonej w powierzchnie kontaktowe, skr e- cone srubami z dociskiem zakresie od 0,1 do 2 N/mm 2 , ale nie posiadaj ace ukierunkowanej struktury na powierzchniach kontaktowych. Elektroda w eglowa i lacznik w eglowy s a zestawione w jeden zestaw prefabrykowany a we- wn etrzne powierzchnie kontaktowe zestawu prefabrykowanego maj a struktur e ukierunkowan a, przy czym wewn etrzna powierzchnia kontaktowa sk lada si e z powierzchni gwintu w otworze elektrody i na laczniku. Korzystnie, wewn etrzne powierzchnie kontaktowe zestawu prefabrykowanego maj a struktur e nieukierunkowan a, przy czym wewn etrzna powierzchnia kontaktowa sk lada si e z powierzchni gwintu w otworze elektrody i na laczniku. Zestaw prefabrykowany posiada jedn a powierzchni e kontaktow a o ukierunkowanej strukturze, a korzystnie kilka powierzchni kontaktowych o ukierunkowanej strukturze, które stykaj a si e z nast ep- nym zestawem prefabrykowanym korzystnie z nast epn a czescia elektrody zespolonej. Wed lug wynalazku, zestaw prefabrykowany na jednej powierzchni czo lowej posiada powierzch- ni e kontaktow a o ukierunkowanej strukturze, która to powierzchnia sk lada si e z jednej, korzystnie z obu powierzchni, czyli powierzchni czo lowej elektrody i powierzchni gwintu w otworze elektrody, i ze zestaw prefabrykowany posiada na drugiej powierzchni czo lowej, powierzchni e kontaktow a o ukierun- kowanej strukturze, która to powierzchnia sk lada si e z jednej, korzystnie z obu powierzchni, czyli po- wierzchni czo lowej elektrody i powierzchni gwintu lacznika.PL 203 653 B1 5 Wed lug wynalazku, takiego samego rodzaju styczne kierunki - albo laczenia albo roz laczania po laczenia srubowego - ukierunkowanej struktury powierzchni kontaktowych dwóch s asiaduj acych elementów elektrody zespolonej s a skierowane przeciwnie. Wady stanu techniki s a w prosty sposób usuni ete przez niniejszy wynalazek. Istotna zaleta wynalazku polega na ma lych wymiarach asyme- trycznych „pryszczy" wzgl ednie lusek na powierzchniach kontaktowych. Ma le luski nie powoduj a przy odkszta lceniach podczas procesu skr ecania odprysków na ceramicznych korpusach elektrod albo laczników z w egla albo grafitu. Inna zaleta polega na tym, ze nie jest potrzebne nanoszenie na „pryszcze"/ luski albo na po- wierzchnie kontaktowe warstwy po slizgowej. Dalsza zaleta polega na tym, ze zwykle stosowane wza- jemne dociski s asiaduj acych elementów elektrody zespolonej wystarczaj a do powstrzymania luzowa- nia si e elementów. Przy zwyk lych dociskach przeciwnie skierowane luskowate wzniesienia s asiaduj a- cych elementów zahaczaj a si e wzajemnie uniemo zliwiaj ac wzajemny obrót elementów. Poj ecia stosowane w nast epuj acym dalej tek scie nale zy rozumie c tak: - Konce elektrody s a okre slone jako „strona czo lowa". - Elektroda posiada cylindryczn a powierzchni e p laszcza i z ka zdej strony usytuowane prostopa- dle do osi elektrody „powierzchnie czo lowe". - „Otwór" jest to wspó losiowo umieszczone zag lebienie w stronie czo lowej elektrody. Na wspó l- osiowych wewn etrznych scianach otworu jest wykonany (przewa znie) cylindryczny albo sto zkowy gwint wewn etrzny. - „ Lacznik" jest to cylindryczna albo dwusto zkowa sruba z prostopad lymi do osi lacznika po- wierzchniami czo lowymi na obu jego ko ncach. Lacznik jest mniej wi ecej do po lowy wkr ecany w otwory s asiaduj acych elektrod w celu ich polaczenia - „Zestaw prefabrykowany" sk lada si e z jednej elektrody i z jednego lacznika wkr econego do po- lowy w otwór elektrody. - Niektóre elektrody maj a tylko na jednej stronie czo lowej otwór a na drugiej stronie czo lowej maja wykonany wspó losiowy czop z gwintem. Taki wystaj acy na zewn atrz gwintowany czop jest na- zwany „integralnym lacznikiem". - Nie tylko elektroda i lacznik maj a powierzchnie czo lowe ale równie z integralny lacznik posiada zewn etrzn a, usytuowan a prostopadle do osi lacznika powierzchni e czo low a. - Pod poj eciem „powierzchnie kontaktowe s asiaduj acych elementów" rozumie si e takie po- wierzchnie kontaktowe, które za pomoc a skr ecenia ze sob a elementów zostaj a do siebie doci sni ete. - „Idealnie wykonane powierzchnie kontaktowe" s a to takie zakrzywione albo p laskie po- wierzchnie, które nie s a uszkodzone przez podwy zszenia i zag lebienia. - Gdy na idealnie wykonanej powierzchni kontaktowej s a umieszczone asymetryczne, luskowa- te wzniesienia ustawione w jednym kierunku, to tak a ca losc okre slamy jako „ukierunkowan a struktur e powierzchni". - Je sli powierzchnie kontaktowe w zespole elektrod w eglowych posiadaj a ukierunkowan a struk- tur e powierzchni, to nie jest bez znaczenia, w którym kierunku te powierzchnie kontaktowe zostaj a u zyte. W jednym przypadku ukierunkowana struktura powierzchni przebiega od boków o stromym nachyleniu do boków o ma lym nachyleniu. W pierwszym przypadku opór stawiany ruchowi przez ukie- runkowan a struktura powierzchni jest mniejszy ni z w przypadku drugim. Oczywi scie chodzi tu o ruch w kierunku równoleg lym do powierzchni kontaktowych. Bior ac pod uwag e niewielkie wysoko sci lusko- watych wzniesie n nie powoduje on w zasadzie ruchu w kierunku prostopad lym do powierzchni kontak- towych. Celowe jest przy srubach wkr ecanych w prawo takie zorientowanie ukierunkowanej struktury powierzchni, by przy obrocie w prawo (mocowanie po laczenia srubowego) ukierunkowana struktura powierzchni przebiega la od p laskiego do stromego wzniosu boków luskowatych wzniesie n, co odpo- wiada pierwszemu przypadkowi z niskim oporem. Taka orientacja struktury powierzchni jest okre slona przy takim ruchu sruby jako „kierunek mocowania". - Gdy sruba wkr ecana w prawo, przy strukturze powierzchni takiej samej jak poprzednio, jest obracana w lewo (roz laczanie polaczenia srubowego), wtedy kierunek takiego ruchu sruby jest okre- slany jako „kierunek roz laczania". - Luskowate wzniesienia maj a - odniesiony do wzd luznych osi przewa znie cylindrycznych ele- mentów elektrody zespolonej - w zasadzie promieniowo zorientowany „grzebie n" - „D lugosc grzebienia" luskowatego wzniesienia jest zdefiniowana przez rzut zwykle nieregular- nego grzebienia na promie n wychodz acy z osi wzd lu znej przewa znie cylindrycznego elementu elektrody.PL 203 653 B1 6 Zwykle elektrody w eglowe z w eglowymi lacznikami s a skr econe tworz ac jedn a elektrod e zespo- lon a, przy czym elektrody na obu stronach czo lowych posiadaj a otwór. Nie wszystkie elektrody posia- daj a na obu stronach czo lowych wspó losiowo umieszczone otwory z wewn etrznym gwintem. S a rów- nie z elektrody, które taki otwór posiadaj a tylko na jednej stronie czo lowej a na drugiej stronie czolowej maja integralny wspó losiowy lacznik. Oba rodzaje elektrod maj a zgodn a z wynalazkiem struktur e po- wierzchni kontaktowej, przy czym luskowate wzniesienia o ukierunkowanej strukturze wystaj a z ideal- nie wykonanej powierzchni kontaktowej. Zadana powierzchnia kontaktowa na jednej stronie czo lowej sk lada si e, przy zwykle stosowanej elektrodzie, z jednej albo obu powierzchni: powierzchni czo lowej elektrody i powierzchni gwintu w otworze elektrody. Dotyczy to równie z elektrod z jednym tylko otwo- rem. Na drugiej stronie czolowej elektrody z jednym tylko otworem zadana powierzchnia kontaktowa sk lada si e z jednej albo obu powierzchni: powierzchni czo lowej elektrody i powierzchni gwintu inte- gralnego wspó losiowego lacznika. Powierzchnie kontaktowe obu s asiaduj acych ze sob a elementów posiadaj a struktur e ukierunkowan a. Trafiaj ace na siebie ukierunkowane struktury powierzchni kontak- towych s a zawsze zorientowane przeciwnie. Pewne, nie luzuj ace si e po laczenia srubowe zostaj a osi agni ete, gdy s a spe lnione dwa kryteria: po pierwsze, gdy wzajemny docisk s asiaduj acych powierzchni le zy w zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 , po drugie, gdy luskowate wzniesienia o ukierunkowanej strukturze wystaj a z idealnie wykonanej po- wierzchni kontaktowej na wysokosc od jednego do stu mikrometrów. Nie mo zna by lo oczekiwa c, ze ma le luskowate wzniesienia zabezpiecz a przed luzowaniem skr econe ze sob a elementy. Okaza lo si e, ze stawiaj a one opór mechanicznym obci azeniom wynikaj acym z drga n. Zgodne z wynalazkiem luskowate wzniesienia o ukierunkowanej strukturze s a tak ma le, ze mo- g a by c stosowane zarówno na powierzchniach p laskich jak strony czo lowe elektrod jak równie z na powierzchniach zakrzywionych jak zwoje gwintu lacznika. Przy zamkni eciach w rodzaju zamkniec „na rzepy" jest regu la, ze w la sciwe zamkni ecie jest wykonane z innego materia lu ni z laczone ze sob a cz esci. Gdyby luskowate wzniesienia o ukierunkowanej strukturze by ly zrobione z innego materia lu ni z same elektrody, wtedy by lby do pokonania problem wyboru materia lu. Wi ekszo sc materia lów nie wy- trzyma laby termicznego obciazenia przy zastosowaniu do laczenia elementów elektrody zespolonej i podczas pracy w piecu lukowym taka elektroda rozpad laby si e. St ad wa zna jest realizacja my sli za- wartej w wynalazku, by luskowate wzniesienia na powierzchniach kontaktowych o ukierunkowanej strukturze wykona c z tego samego materia lu co elektrody. Luskowate wzniesienia maj a w zasadzie kszta lt asymetryczny charakteryzuj acy si e tym, ze boki wzniesie n maj a ró zn a stromizn e. Asymetria wyra za si e w tym, ze boki luskowatych wzniesie n w kie- runku mocowania po laczenia srubowego maj a w zasadzie niewielkie nachylenie a w przeciwnym kie- runku rozlaczania po laczenia srubowego maj a w zasadzie strome nachylenie. Za pomoc a takiego ukszta ltowania lusek zostaje osi agni ete lepsze zabezpieczenie przed luzowaniem po laczenia srubo- wego ni z za pomoc a lusek ukszta ltowanych symetrycznie. Dalsze polepszenie zabezpieczenia przed luzowaniem zostaje osi agni ete przez zwi ekszenie koncentracji lusek i przez takie ich wykonanie, ze najwi eksze wysoko sci luskowych wzniesie n tworz a ostrza lub grzebienie biegn ace promieniowo w stosunku do osi wzd lu znej cylindrycznych przewa znie elementów elektrody pasmowej. Gdyby asymetryczne luski by ly roz lo zone w ró znych kierunkach na idealnie wykonanej po- wierzchni kontaktowej, to ich dzia lanie hamuj ace luzowanie by loby podobne jak przy luskach uformo- wanych symetrycznie. W celu lepszego zabezpieczenia przed luzowaniem wszystkie asymetrycz- ne luski s a usytuowane jednakowo. Wed lug wynalazku wszystkie boki luskowatych wzniesie n posiadaj ace ma le nachylenie s a usytuowane w kierunku mocowania na powierzchni kontaktowej elementu elektrody. Zabezpieczenie przed luzowaniem po laczenia elektrod nie uda si e przy niewielkiej ilo sci ma lych asymetrycznych luskowatych wzniesie n. Aby osi agn ac technicznie u zyteczne zabezpieczenie przed luzowaniem, konieczne jest umieszczenie na powierzchniach kontaktowych znacznej ilo sci lusek. Na ka zdym metrze kwadratowym idealnie wykonanej powierzchni kontaktowej powinien si e znajdowa c grzebie n utworzony z luskowatych wzniesie n, którego d lugosc powinna wynosi c przynajmniej 100 m, a przewa znie 300 m. Ta ilosc luskowatych wzniesie n jest albo roz lo zona równomiernie na powierzchni albo pokrywa powierzchni e tylko czesciowo uk ladaj ac si e w okre slony wzór (dese n). Wynik zabezpieczenia przed luzowaniem wtedy jest najlepszy, gdy opór stawiany ruchowi przez powierzchni e kontaktow a o ukierunkowanej strukturze jest najwy zszy. Dotyczy to równie z wspó lpracy dwóch powierzchni kontaktowych takich jak przy srubie. Przy srubie wkr econej w prawo opór przeciw- ko luzowaniu jest wed lug wynalazku wtedy najwi ekszy, gdy sruba jest obracana w lewo, to znaczyPL 203 653 B1 7 w kierunku roz laczania. Za lozeniem jest, ze takiego samego rodzaju styczne kierunki - tu kierunek rozlaczania po laczenia srubowego - dwóch powierzchni kontaktowych o ukierunkowanej strukturze, dwóch s asiaduj acych ze sob a elementów elektrody zespolonej s a skierowane przeciwnie. Ró zne mo zliwo sci wykonania wynalazku powoduj a, ze ró zne s a momenty roz laczania po lacze- nia srubowego. Zale zy to od wielu parametrów takich jak wysoko sc luskowatych wzniesie n, k at nachylenia boków lusek, szeroko sc lusek oraz ilo sc i sposób roz lo zenia lusek na powierzchniach kontaktowych. Po uwzgl ednieniu tych parametrów stwierdzono, ze przy nacisku w zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 w przypadku skr ecenia elementów wykonanych wed lug wynalazku moment roz laczaj a- cy jest o 20% wi ekszy ni z przy takim samym nacisku w przypadku skr ecenia ze sob a elementów, któ- rych powierzchnie kontaktowe nie maj a struktury ukierunkowanej. Wysokie dociski skr ecanych ze sob a elementów s a uzyskiwane przy skr ecaniu maszynowym. Zalety zastosowania ukierunkowanej struktury powierzchni kontaktowych uwidaczniaj a si e jednak bardziej w przypadku r ecznego skr ecania elementów, przy którym dociski s a relatywnie niskie, od 0,1 do 2 N/mm 2 . W tym przypadku po laczenia elementów wykonanych wed lug wynalazku wykazuj a moment roz laczaj acy wi ekszy o przynajmniej 30% w stosunku do polacze n elementów nie posiadaj acych ukierunkowanej struktury na powierzch- niach kontaktowych, przy takim samym docisku w zakresie od 0,1 do 2 N/mm 2 . Dla u zytkownika elektrod, przewa znie stalowni elektrycznych, wygodn a form a dostawy jest ze- staw prefabrykowany sk ladaj acy si e z elektrody z powierzchni a kontaktow a o ukierunkowanej struktu- rze oraz wkr econego przez wytwórc e elektrod lacznika. Przy tym ukierunkowana struktura powierzchni jest wykonana na powierzchniach gwintu w otworze elektrody i na powierzchniach gwintu na laczniku, w przypadkach szczególnych tylko albo na powierzchniach gwintu w otworze albo na powierzchniach gwintu lacznika. Gdy zestaw prefabrykowany jest zastosowany w piecu lukowym, to taki zestaw wykonany we- d lug wynalazku na jednej albo na kilku powierzchniach styku z nast epnym zestawem albo z nast epn a cz escia elektrody pasmowej posiada ukierunkowan a struktur e powierzchni o orientacji przeciwnej ni z na cz esci wspó lpracuj acej. Przy tym zestaw prefabrykowany posiada na jednej stronie czo lowej po- wierzchni e kontaktow a, która sk lada si e z jednej albo z obu powierzchni: powierzchni czo lowej elek- trody i powierzchni gwintu w otworze elektrody, a na drugiej stronie czo lowej zestaw posiada po- wierzchni e kontaktow a, która sk lada si e z jednej albo z obu powierzchni: powierzchni czo lowej elek- trody i powierzchni gwintu lacznika. Podczas gdy dot ad ryzyko poluzowania przy po laczeniu skr ecanym r ecznie mog lo by c ograni- czone tylko przez dodatkowe nak lady, cz esciowo przez dodatkowe srodki zabezpieczaj ace w sta- lowni, rozwi azanie wed lug wynalazku jest zintegrowane z procesem produkcyjnym. Na stanowisku skr ecania fabryki Piccardi (Dalmine, Ber-gamo, Italien) pod nazw a „Nipplingsta- tion", rok budowy 1997, zosta ly skr econe w jedn a elektrod e zespolon a dwie grafitowe elektrody o srednicy 600 mm z odpowiednim lacznikiem. Przy tym zosta l zastosowany zestaw prefabrykowany sk ladaj acy si e z elektrody i uprzednio wkr econego w otwór elektrody lacznika. Zestaw i elektroda zo- staly ze sob a skr econe. Po osi agni eciu momentu dokr ecaj acego 4000 Nm wkr ecanie zosta lo zako n- czone. Aby scharakteryzowa c zabezpieczenie spójno sci po laczenia srubowego, po laczenie zosta lo ponownie rozkr econe i zosta l przy tym zmierzony moment roz laczaj acy. To zasadnicze post epowanie zosta lo przeprowadzone w trzech wariantach, przedstawionych w tabeli: Wariant A Powierzchnie kontaktowe zestawu prefabrykowanego i elektrody nie posiadaj a ukierunkowanej struktury wed lug wynalazku i zosta ly skr econe jako system odniesienia. Wariant B Zestaw prefabrykowany i pojedyncza elektroda z powierzchniami kontaktowymi o ukierunkowa- nej i przeciwnie zorientowanej strukturze zosta ly ze sob a skr econe. Jako kontaktowe zosta ly wybrane powierzchnie czo lowe elektrod. Wariant C Powierzchnie kontaktowe zestawu prefabrykowanego i pojedynczej elektrody zosta ly wyposa- zone w warstw e po slizgow a. Warstw e po slizgow a stanowil smar lo zyskowy pod nazw a „arcanol 12 V" firmy FAG Kugelfischer (Scheinfurt, Deutschland). Jako powierzchnie kontaktowe zosta ly wybrane powierzchnia czo lowa elektrody i wolne powierzchnie gwintu lacznika. Grubo sc warstwy po slizgowej wynosila 0,1 mm.PL 203 653 B1 8 T a b e l a Podane warto sci s a wa zne dla elektrod o srednicy 600 mm i dla momentu dokr ecaj acego 4000 Nm przy skr ecaniu Srodek Powierzchnie modyfikowane Moment roz laczaj acy [Nm] Wariant A Bez srodka po slizgowego, bez ukierunkowanej struktury powierzchni kontaktowych Nie ma 6000 Wariant B Z ukierunkowan a struktur a powierzchni kontaktowych Powierzchnie czo lowe elektrod 9000 Wariant C Ze srodkiem po slizgowym (0,1 mm, smar lo zyskowy arcanol 12 V) Powierzchnie czo lowe elektrod i powierzchnie gwintu lacznika 12000 Jak wida c z tabeli, moment roz laczaj acy by l zale zny od rodzaju wykonania wzgl ednie przygo- towania powierzchni. Najni zszy moment roz laczaj acy by l osi agni ety przy powierzchniach kontakto- wych bez zastosowania szczególnych srodków (wariant A). Przy powierzchniach czo lowych z ukierun- kowan a struktur a przeciwnie zorientowan a na wspó lpracuj acych powierzchniach kontaktowych skr e- conych elementów zosta l zmierzony bardzo wysoki moment roz laczaj acy. Wprawdzie wariant C przyniós l jeszcze wy zszy moment roz laczaj acy ni z wariant B, ale by l on mo zliwy tylko za pomoc a dodatkowego zabiegu. Natomiast w wariancie B osi agni eto korzystny mo- ment roz laczaj acy bez dodatkowego zabiegu. Przedmiot wynalazku zosta l przedstawiony w przyk ladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia równoleg ly do osi wzd lu znej przekrój przez elektrod e z umieszczonymi na obydwu po- wierzchniach czo lowych otworami z cylindrycznym gwintem wewn etrznym oraz widok niezale znych laczników z gwintem cylindrycznym, fig. 2 - widok elektrody z integralnym wspó losiowym lacznikiem uformowanym na jednej stronie czo lowej; na drugiej stronie czo lowej jest widok boczny elektrody z wyrwanym przekrojem równoleg lym do osi wzd lu znej; przekrój pokazuje w tym miejscu otwór ze stozkowym gwintem, fig. 3 - przekrój równoleg ly do osi przez zestaw prefabrykowany, który sk lada si e z elektrody ze sto zkowymi otworami oraz lacznika z podwójnym sto zkowym gwintem, fig. 4 - prze- strzenne przedstawienie powierzchni czo lowej elektrody z powierzchni a kontaktow a o ukierunkowanej strukturze, fig. 5 - powi ekszone przedstawienie ukierunkowanej struktury na powierzchni czo lowej elektrody. Wed lug fig. 1 powierzchniami kontaktowymi elektrody 1 s a: powierzchnia czo lowa 3 elektrody 1 i powierzchnie gwintu 4 wspó losiowo umieszczonego w elektrodzie otworu. Dno otworu 10 elektrody nie jest powierzchni a kontaktow a. W niezale znym laczniku 2 powierzchniami kontaktowymi s a po- wierzchnie gwintu 5 lacznika 2. Obie powierzchnie czo lowe 6 lacznika 2 nie s a powierzchniami kon- taktowymi. Wed lug fig. 2 powierzchniami kontaktowymi elektrody 1 z integralnym lacznikiem s a: po- wierzchnia czo lowa 3 elektrody 1 i powierzchnie gwintu 1 integralnego wspó losiowego lacznika oraz na drugiej stronie czo lowej elektrody 1 jej powierzchnia czo lowa 3 i powierzchnie gwintu 4 otworu. Zewn etrzna powierzchnia czo lowa 3 integralnego wspó losiowego lacznika nie jest powierzchni a kon- taktow a przeznaczon a do wyposa zenia w warstw e po slizgow a. Dno otworu 10 elektrody nie jest po- wierzchni a kontaktow a. Wed lug fig. 3 wewn etrznymi powierzchniami kontaktowymi zestawu prefabrykowanego 9 s a: powierzchnie gwintu 4 wspó losiowo umieszczonego otworu elektrody 1 powierzchnie gwintu 5 nieza- le znego lacznika 2. Powierzchnie czo lowe 6 lacznika 2 nie s a powierzchniami kontaktowymi. Zewn etrznymi powierzchniami kontaktowymi zestawu prefabrykowanego 9 od strony wkr econe- go lacznika 2 s a: powierzchnie gwintu 5 niezale znego lacznika 2 oraz powierzchnia czo lowa 3 elek- trody 1. Powierzchnie czo lowe 6 lacznika 2 nie s a powierzchniami kontaktowymi. Zewn etrznymi powierzchniami kontaktowymi zestawu 9 od strony bez wkr econego lacznika s a: powierzchnia czo lowa 3 elektrody 1 i powierzchnie gwintu 4 wspó losiowo umieszczonego otworu elek- trody. Dno otworu 10 elektrody nie jest powierzchni a kontaktow a.PL 203 653 B1 9 Wed lug fig. 4 elektroda 1 ma na p laskiej powierzchni czo lowej 3 ukierunkowan a struktur e. Po- jedyncze asymetryczne luskowe wzniesienia maj a uprzywilejowan a orientacj e, która odpowiada kie- runkowi mocowania 11 dla srub wkr ecanych w prawo. Kierunek mocowania 11 nale zy rozumie c w ten sposób, ze pokazana na fig. 4 elektroda 1 i wkr ecany w ni a lacznik s a nieruchome wzgl edem siebie. Od góry zostaje nakr econa dalsza, nie pokazana elektroda. T a elektrod a obraca si e przy mocowaniu w kierunku strza lki 11. Ten proces odpowiada procesowi w stalowni. Struktura powierzchni pola V z fig. 4 jest przedstawiona w powi ekszeniu na fig. 5. Fig. 5 pokazuje w powi ekszeniu pole V z powierzchniami kontaktowej 3 elektrody 1 z fig. 4. Po- kazana jest ukierunkowana struktura powierzchni czo lowej elektrody. PL PL

Claims (16)

1.Zastrze zenia patentowe 1. Zespolona elektroda w eglowa wyposa zona w elementy z laczone z powierzchniami kontak- towymi o ukierunkowanej strukturze a zw laszcza elementy elektrody zespolonej, jak elektroda w eglo- wa z otworami na stronach czo lowych i gwintami wewn etrznymi i/albo lacznik w eglowy lacz acy po dwie takie elektrody albo elektroda w eglowa z otworem i gwintem wewn etrznym na jednej stronie czo- lowej i lacznik integralny na drugiej stronie czo lowej, przewidziane do utworzenia elektrody zespolonej dla zastosowania jej w piecu lukowym do wytwarzania wysokotopliwych metali, przy czym elementy posiadaj a idealnie wykonane powierzchnie kontaktowe z wystaj acymi z nich luskowatymi wzniesie- niami o ukierunkowanej strukturze, znamienna tym, ze luskowate wzniesienia o ukierunkowanej strukturze wystaj a z idealnie wykonanej powierzchni kontaktowej na wysoko sc od 1 do 100 mikrome- trów, i ze s asiaduj ace ze sob a powierzchnie kontaktowe polaczenia srubowego maj a docisk w zakre- sie od 0,1 do 80 N/mm 2 .

2. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1, znamienna tym, ze idealnie wykonane powierzchnie kontaktowe s a p laskie albo zakrzywione.

3. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze luskowate wzniesienia na powierzchniach kontaktowych o ukierunkowanej strukturze s a wykonane z tego samego materia lu co elementy elektrody zespolonej.

4. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 3, znamienna tym, ze luskowate wzniesienia posiadaj a w zasadzie asymetryczny kszta lt charakteryzuj acy si e ró zn a stromizn a pochylenia boków, przy czym boki luskowatych wzniesie n w kierunku mocowania polaczenia srubowego posiadaj a w zasadzie wznios o ma lym pochyleniu a w przeciwnym kierunku roz laczania maj a w zasadzie wznios stromy.

5. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 4, znamienna tym, ze najwy zsze wysoko sci luskowa- tych wzniesie n s a ukszta ltowane jako ostrze albo jako grzebie n zorientowany w zasadzie promieniowo wzgl edem wzd luznej osi cylindrycznego przewa znie elementu elektrody zespolonej.

6. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 4, znamienna tym, ze boki o ma lym wzniosie wszyst- kich luskowatych wzniesie n na powierzchni kontaktowej elektrody zespolonej s a usytuowane w kie- runku mocowania.

7. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze luskowate wzniesienia s a rozmieszczone na powierzchni kontaktowej równomiernie.

8. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze luskowate wzniesienia pokrywaj a idealnie wykonan a powierzchni e kontaktow a cz esciowo albo w formie wzoru (deseniu).

9. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze powierzchnie kontaktowe zawieraj a przynajmniej 100 metrów d lugo sci grzebienia luskowatych wzniesie n na ka zdym metrze kwadratowym powierzchni kontaktowej, przewa znie 300 metrów d lugo sci grzebienia luskowatych wzniesie n na ka zdym metrze kwadratowym powierzchni kontaktowej.

10. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze w przypadku s asiaduj a- cych elementów takiego samego rodzaju styczne kierunki - albo kierunek mocowania albo kierunek rozlaczania po laczenia srubowego - powierzchni kontaktowych o ukierunkowanej strukturze dwóch s asiaduj acych ze sob a elementów elektrody zespolonej maj a zwrot przeciwny.

11. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1, znamienna tym, ze posiada dwa s asiaduj ace ze so- b a elementy elektrody zespolonej, wyposa zone w skierowane przeciwnie, jednakowe, styczne kierunki powierzchni kontaktowych o strukturze ukierunkowanej, i skr econe srubami z dociskiem w zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 , których moment roz laczaj acy jest o przynajmniej 20% wi ekszy ni z moment roz la- czaj acy s asiaduj ace ze sob a elementy elektrody zespolonej, zaopatrzonej w powierzchnie kontaktowe,PL 203 653 B1 10 skr econe z dociskiem zakresie od 0,1 do 80 N/mm 2 , ale nie posiadaj ace ukierunkowanej struktury na powierzchniach kontaktowych.

12. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1, znamienna tym, ze posiada dwa s asiaduj ace ze so- b a elementy elektrody zespolonej, wyposa zone w skierowane przeciwnie, jednakowe, styczne kierunki powierzchni kontaktowych o strukturze ukierunkowanej, i skr econe srubami z dociskiem w zakresie od korzystnie 0,1 do 2 N/mm 2 , których moment roz laczaj acy jest o przynajmniej 30% wi ekszy ni z moment rozlaczaj acy s asiaduj ace ze sob a elementy elektrody zespolonej, zaopatrzonej w powierzchnie kon- taktowe, skr econe srubami z dociskiem zakresie od 0,1 do 2 N/mm 2 , ale nie posiadaj ace ukierunko- wanej struktury na powierzchniach kontaktowych.

13. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 12, znamienna tym, ze elektroda w eglowa (1) i lacznik w eglowy (2) s a zestawione w jeden zestaw prefabrykowany (9) i ze wewn etrzne powierzchnie kontaktowe zestawu prefabrykowanego (9) maj a struktur e ukierunkowan a, przy czym wewn etrzna powierzchnia kontaktowa sk lada si e z powierzchni gwintu w otworze (4) elektrody i na laczniku (5).

14. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 1 albo 12, znamienna tym, ze elektroda w eglowa (1) i lacznik w eglowy (2) s a zestawione w jeden zestaw prefabrykowany (9) i ze wewn etrzne powierzchnie kontaktowe zestawu prefabrykowanego (9) maj a struktur e nieukierunkowan a, przy czym wewn etrzna powierzchnia kontaktowa sk lada si e z powierzchni gwintu w otworze (4) elektrody i na laczniku (5).

15. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 13, znamienna tym, ze zestaw prefabrykowany (9) po- siada jedn a powierzchni e kontaktow a o ukierunkowanej strukturze, a korzystnie kilka powierzchni kontaktowych o ukierunkowanej strukturze, które stykaj a si e z nast epnym zestawem prefabrykowa- nym (9) korzystnie z nast epn a czescia elektrody zespolonej.

16. Zespolona elektroda wed lug zastrz. 15, znamienna tym, ze zestaw prefabrykowany (9) na jednej powierzchni czo lowej posiada powierzchni e kontaktow a o ukierunkowanej strukturze, która to powierzchnia sk lada si e z jednej, korzystnie z obu powierzchni, czyli powierzchni czo lowej elektrody (3) i powierzchni gwintu w otworze elektrody (4), i ze zestaw prefabrykowany (9) posiada na drugiej po- wierzchni czo lowej, powierzchni e kontaktowa o ukierunkowanej strukturze, która to powierzchnia sk la- da si e z jednej, korzystnie z obu powierzchni, czyli powierzchni czo lowej elektrody (3) i powierzchni gwintu lacznika (5).PL 203 653 B1 11 RysunkiPL 203 653 B1 12PL 203 653 B1 13PL 203 653 B1 14 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,00 z l. PL PL